基于Modbus的應急電源監(jiān)控系統(tǒng)的研究

1 引 言

　　隨著環(huán)保和消防要求的提高，柴油發(fā)電機逐漸失去優(yōu)勢，而由于逆變技術的成熟發(fā)展，新型無公害、高可靠性、動力型的大型應急電源EPS(Emergency Power Supply)逐步成為代替柴油發(fā)電機組的“綠色電源”，目前已經(jīng)在建筑領域得到大面積推廣。同時，隨著微處理器、計算機和數(shù)字通信技術的飛速發(fā)展，計算機控制已經(jīng)擴展到了幾乎所有的工業(yè)領域。將所有的功能集成于統(tǒng)一開放的平臺上，通過人機界面可以使復雜的控制和數(shù)據(jù)處理變得更加簡單。

　　2 監(jiān)控系統(tǒng)設計

　　美國電子工業(yè)協(xié)會(EIA)制定的RS 485標準作為一種多點差分數(shù)據(jù)傳輸?shù)?a href="http://wenjunhu.com/v/tag/2364/" target="_blank">電氣規(guī)范，現(xiàn)已成為業(yè)界應用最為廣泛的標準通信接口之一。這種通信接口允許在簡單的一對雙絞線上進行多點、雙向通信。平衡發(fā)送、平衡接收，具有傳輸距離遠、通信速率高、抗干擾能力強、軟硬件支持豐富與現(xiàn)場儀表接口簡單、易于實現(xiàn)和擴展等特點。接口總線上可連接32個設備，加中繼器后最多可達255個設備。因此，許多領域都采用RS 485作為數(shù)據(jù)傳輸鏈路，例如汽車電子、電信設備、局域網(wǎng)、蜂窩基站、工業(yè)控制儀器儀表等。本系統(tǒng)采用一臺PC作為上位機，下位機由若干臺P89C51單片機擔任，監(jiān)控系統(tǒng)結構圖如圖1所示。

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　　上位機的RS 232串行口通過RS 232／RS 485轉換器轉換為RS 485總線，各下位機通過MAX485芯片連接到總線上。各個下位機設有自己惟一的地址，且下位機之間不能通信，一切通信受上位機控制。開始時，所有下位機都處于監(jiān)聽狀態(tài)，等待上位機發(fā)出指令。當上位機發(fā)出指令時，所有下位機都接收并且將其中的地址幀與自己的地址比較，如果相同則繼續(xù)接收后面的指令或數(shù)據(jù)，若不同則不予理睬。

　　3 通信協(xié)議Modbus

　　Modbus協(xié)議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡和其他設備之間可以通信。他已經(jīng)成為一通用工業(yè)標準，不同廠商生產(chǎn)的控制設備利用其可以連成工業(yè)網(wǎng)絡，進行集中監(jiān)控。

　　Modbus協(xié)議定義了消息域格式和內(nèi)容的公共格式，如表1和表2所示，使控制器能認識和使用消息結構，而無需考慮通信網(wǎng)絡的拓撲結構。他描述了一個控制器訪問其他設備的過程，當采用Modbus協(xié)議通信時，此協(xié)議規(guī)定每個控制器需要知道自己的設備地址，識別按地址發(fā)來的消息，如何響應來自其他設備的請求，如何偵測錯誤并記錄。

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　　系統(tǒng)通信采用主從技術，即只有主設備能發(fā)出查詢，從設備響應消息。主設備可單獨和從設備通信，從設備返回一個消息。如果采用廣播方式(地址為零)查詢，從設備不作任何回應。

　　Modbus協(xié)議有兩種模式：ASCII和RTU模式。一個Modbus通信系統(tǒng)中只能選擇一種模式，不允許兩種模式混合使用。本系統(tǒng)采用RTU模式，消息的起始位以至少3.5個字符傳輸時間的停頓開始(一般采用4個)，在傳輸完最后一個字符后，有一個至少3.5個字符傳輸時間的停頓來標識結束。一個新的消息可在此停頓后開始。在接收期間，如果等待接收下一個字符的時間超過1.5個字符傳輸時間，則認為是下一個消息的開始。校驗碼采用CRC16方式，只對設備地址、功能代碼和數(shù)據(jù)段進行。整個消息幀必須作為一連續(xù)的流傳輸，傳輸速率較ASCII模式高。

　　Modbus可能的從設備地址是0～247(十進制)，單個設備的地址范圍是1～247?？赡艿墓δ艽a范圍是十進制的1～255。其中有些代碼適用于所有的控制器，有些是針對某種Modicon控制器，有些是為用戶保留或備用。